Gründungspfahl für Offshore-Bauwerke sowie Verfahren zur Herstellung eines Gründungspfahls für Offshore-Bauwerke

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Gründungspfahl (1) für Offshore-Bauwerke, der modular aus einzelnen Rohrschüssen (2) zusammengesetzt ist, von denen wenigstens ein Rohrschuss (2) als verlorene Bohrlochverrohrung im Meeresuntergrund verankert ist, wobei die Rohrschüsse (2) als Betonrohre ausgebildet sind, die längskraftschlüssig über Spannelemente miteinander verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gründungspfahl für Offshore-Bauwerke, beispielsweise als Bohr- oder Förderplattformen oder zur Aufnahme von Windkraftanlagen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Gründungspfahls.

[0002] Für bestimmte Fundamenttypen für Offshore-Bauwerke, insbesondere für Offshore-Windkraftanlagen, ist eine Pfahlgründung im Meeresuntergrund erforderlich. Solche Fundamenttypen sind beispielsweise sogenannte Monopiles, Jackets, Tripods oder Tripiles. Hierzu werden zunächst eine oder mehrere Stahlpfähle in den Meeresgrund gerammt, auf die Stahlpfähle wird dann beispielsweise bei einem Jacket-Fundament eine Stahlgitterstruktur/Stahlrohrstruktur aufgesetzt, die oberhalb des Meeresspiegels ein sogenanntes Transition Piece (Übergangsstück) aufnimmt. Das Transition Piece nimmt dann das eigentliche Bauwerk beispielsweise in Form eines Stahlturmes auf. Der Turm nimmt an seinem obersten Ende den Windkraftgenerator mit einem Rotor auf.

[0003] Das Rammen der Fundamentpfähle (Piles) geht bekanntermaßen mit Lärmemissionen einher, die insbesondere deshalb nicht wünschenswert sind, weil sie eine Schädigung und Verhaltensstörung von marinen Säugetieren verursachen. Es ist daher bekannt und teilweise vorgeschrieben, vor der Durchführung von Rammarbeiten Vergrämungsmaßnahmen und/oder Schallminderungsmaßnahmen durchzuführen, damit sicher gestellt ist, dass sich keine marinen Säugetiere in der Nähe der Rammarbeiten aufhalten und/oder der Schall auf den erlaubten Grenzwert reduziert wird.

[0004] Da die Eindringtiefe der eingerammten Stahlpfähle und der Fortschritt solcher Rammarbeiten von der Festigkeit des Meeresuntergrundes abhängig ist, ist das Setzen von Stahlpfählen mit dem Nachteil behaftet, dass die Pfähle eines auf mehreren Pfählen aufgesetzten Fundaments nicht alle immer mit der gleichen Eindringtiefe im Meeresuntergrund verankert sind. Schließlich kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich bei der Durchführung von Rammarbeiten eine Schiefstellung einer oder mehrer Pfähle ergibt. Dadurch sind beim Aufsetzen des Fundaments bzw. bei der Montage einer Anschlusskonstruktion aufwendige Maßnahmen zum Ausgleich von Niveauunterschieden erforderlich.

[0005] Es ist grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, Stahlpfähle durch Ausbohren oder Einspülen im Meeresuntergrund zu versenken oder Gründungen in Form von sogenannten Caisson-Gründungen im Meeresuntergrund zu verankern, beispielsweise aus der DE 103 022 94 A1.

[0006] Aus der DE 10 2007 000 328 A1 ist eine Pfahlkonstruktion bekannt, die ein Rohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff umfasst, an dessen unterem Ende ein Schneidschuh angeordnet ist, der einen Überschnitt aufweist. Die Herstellung dieser Pfahlkonstruktion kann in einem ersten Schritt durch Einrammen, Einrütteln oder Einspülen erfolgen. Nach dem Versenken des Unterteils des Rohres im Untergrund wird das im Rohrinnere befindliche Material ausgebohrt und durch die Seele des Rohres hindurch noch weiter unter den Schneidschuh hinausgebohrt und der ausgebohrte Hohlraum einschließlich des Rohres mit Beton verfüllt. Das hierzu verwendete Rohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff dient dabei als verlorene Schalung. Die zuvor beschriebene Pfahlkonstruktion erlaubt allerdings nur die Verwendung kleindimensionierter Rohre mit Durchmessern in der Größenordnung von 0,3 m.

[0007] Die zuvor erwähnten Verfahren sind insoweit vorteilhaft, als dass das Einrammen von Stahlpfählen in den Meeresuntergrund vermieden wird.

[0008] Die bekannten Fundamenttypen sind allerdings weitestgehend mit dem Nachteil behaftet, dass aufwendige Maßnahmen zum Anschließen und Nivellieren des auf dem Fundament zu errichtenden Bauwerks erforderlich sind.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gründungspfahl für Offshore-Bauwerke bereit zu stellen, der sowohl unter Vermeidung von Rammverfahren im Meeresuntergrund verankerbar ist, als auch einen möglichst einfachen Anschluss/Übergang zu einem zu errichtenden Bauwerk, insbesondere zu einem Turmbauwerk für Offshore-Windkraftanlagen, bildet.

[0010] Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines Gründungspfahls für Offshore-Bauwerke bereit zu stellen.

[0011] Die Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Gründungspfahl für Offshore-Bauwerke, der modular aus einzelnen Rohrschüssen zusammengesetzt ist, von denen wenigstens ein Rohrschuss als verlorene Bohrlochverrohrung im Meeresuntergrund verankert ist, wobei die Rohrschüsse als Betonrohre ausgebildet sind, die längskraftschlüssig über Spannelemente miteinander verbunden sind.

[0012] Die der Erfindung zugrundeliegende Idee kann dahingehend zusammengefasst werden, dass das Prinzip der separaten Pfahlgründung mittels Stahlrohren und einem ebenfalls separat erstellten, aus Stahl bestehenden Aufsatzbauwerk verlassen wird und anstelle dessen ein Gründungspfahl für Offshore-Bauwerke bereitgestellt wird, der vollständig aus Stahlbetonbauteilen besteht. Dies hat nicht nur den Vorzug, dass beispielsweise ein Fundament in Form eines Monopiles vollständig in Stahlbeton ausgeführt sein kann und durchgehend oder überwiegend auf großer Länge von der Gründungsspitze bis zum Windturbinengenerator aus Stahlbetonrohrschüssen etwa gleicher Art zusammengesetzt sein kann, sondern auch den Vorzug einer verhältnismäßig einfachen Rückbaubarkeit. Bei einer Verwendung von Stahlkonstruktionen ist eine solche Rückbaubarkeit nicht oder nur sehr aufwendig zu bewerkstelligen, da die Verbindungen des im Meeresgrund befindlichen Pfahlabschnitts vom darüber im Wasserkörper und im Luftraum auf einen Pfahlabschnitt auf Meeresbodenniveau getrennt werden müsste. Dies wäre beispielsweise bei einer gerammten Monopilegründung aufgrund des großen Durchmessers und der Wandstärke des Stahlrohres sehr aufwendig.

[0013] Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet der Begriff Meeresboden im Folgenden die Grenzfläche zwischen der darüber liegenden Wassermasse und dem darunter liegenden Gebirge/Sediment, welches in dieser Anmeldung als Meeresuntergrund bezeichnet wird.

[0014] Eine erfindunsgemäße Konstruktion hat gegenüber anderen Konstruktionen insbesondere den Vorzug, dass aufgrund des vollständig modularen Aufbaus des Gründungspfahls die Unterwasserlänge des Gründungspfahls einschließlich der Eindringtiefe in den Meeresuntergrund anpassbar ist, und zwar auch noch während des Gründungsvorgangs, was beim Setzen von Stahlpfählen nicht der Fall ist. Diese müssen mit einer vorgegebenen Länge bereit gestellt werden, die nicht veränderbar ist. Beim Rammen von Stahlpfählen werden zunächst Explorationsbohrungen zur Bestimmung der Festigkeit des Untergrundes niedergebracht. Nach Durchführung entsprechender Festigkeitsberechnungen wird die Rammtiefe bestimmt, wonach sich letztendlich die Länge der bereit gestellten Stahlpfähle bemisst, deren Länge nicht vor Ort anpassbar ist. Beim Rammen können aufgrund von lokalen Heterogenitäten des Meeresuntergrundes Schwierigkeiten auftreten, sodass unter Umständen nicht die volle Rammtiefe erreicht wird. Weiterhin ist die Berechnung der erforderlichen Pfahllänge aufwendig und aufgrund der zyklischen Belastung der Pfähle aufgrund von Wellen und Wind mit verstärkten Unsicherheiten behaftet.

[0015] Dadurch, dass der Gründungspfahl gemäß der Erfindung aus mehreren Stahlbetonrohrschüssen zusammen gesetzt ist, können Schiefstellungen des Gründungspfahls bei dessen Montage bereits ausgeglichen werden. Dazu können verschiedene Passstücke zur Verwendung als oberstes Modul vorgehalten werden, die eine Schiefstellung des Gründungspfahles so kompensieren, dass eine horizontale Lage der Turbinen-Generatorwelle im Rahmen der Herstellungstoleranzen erzielt werden kann.

[0016] Weitere Vorzüge einer solchen aus Betonrohrschüssen zusammengesetzten Gründungspfahl-Konstruktion sind eine größere Sicherheit gegen Auswirkung einer Kolkbildung, ein geringerer Stahlanteil sowie nicht zuletzt auch die Möglichkeit einer geräuscharmen Erstellung des Gründungspfahls. Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Gründungspfahl-Konstruktion ist darin zu sehen, dass die Einbindelänge in den Meeresuntergrund ohne Probleme so vergrößert werden kann, dass auch nach einer späteren Kolkbildung noch eine ausreichend sichere Verankerung im Meeresuntergrund gegeben ist. In Einzelfällen kann eine Auskolkung eine Tiefe von 7 bis 10 m unterhalb des Meeresbodenniveaus aufweisen.

[0017] Schließlich ist auch das Korrosionspotenzial geringer, da keine ungeschützte Stahlkonstruktion dem Meerwasser ausgesetzt ist.

[0018] Bei einer vorteilhaften zweckmäßigen Variante des Gründungspfahls gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der im Bohrloch zuunterst angeordnete Rohrschuss mit einem umlaufenden Schneidschuh versehen ist, der gegenüber dem Durchmesser des betreffenden Rohrschusses einen Überschnitt bzw. Überstand bilden kann.

[0019] Bei einer vorteilhaften Variante des Gründungspfahls gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Gründungspfahl aus dem Meeresboden wenigstens bis zur Wasserlinie und vorzugsweise deutlich über die Wasserlinie hinaus erstreckt und wenigstens über diese Länge aus etwa baugleichen Rohrschüssen zusammengesetzt ist.

[0020] Baugleich im Sinne der Erfindung meint, dass die Rohrschüsse im Sinne einer Zusammenfügbarkeit bzw. Zusammensetzbarkeit und Verspannbarkeit kompatibel sind, dass allerdings die Rohrschüsse oberhalb des Meeresbodens nicht notwendigerweise alle den gleichen Durchmesser über die gesamte Höhe aufweisen müssen. Das heißt, das die Rohrschüsse nicht alle notwendigerweise zylindrisch ausgebildet sind, vielmehr können mehrere Rohrschüsse einen Turm/Mast oder Pfahl mit einer hyperboloiden oder trapezoiden Kontur bilden.

[0021] Der Gründungspfahl kann, aber muss nicht notwendigerweise teilweise innerhalb des Bohrlochs verfüllt sein. Der Gründungspfahl ist zweckmäßigerweise umfänglich reibschlüssig und/oder formschlüssig in dem hierfür vorgesehenen Bohrloch im Meeresuntergrund verankert.

[0022] Eine besonders vorteilhafte Variante des Gründungspfahls gemäß der Erfindung zeichnet sich durch wenigstens einen sich im Meeresuntergrund unterhalb des Schneidschuhs in einem Bohrlochfortsatz erstreckenden Ortbetonfuß aus. Dieser Ortbetonfuß kann nach Art eines Elefantenfußes ausgebildet sein und bezüglich der Betonrohre überschnitten sein. Das heißt, dass der Ortbetonfuß wenigstens bereichsweise einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des Schneidschuhs ist. Der Fuß kann auch mehrere Überschnitte bzw. Verdickungen aufweisen.

[0023] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gründungspfahls für Offshore-Bauwerke, folgende Verfahrensschritte umfassend:

a) Absetzen von mehreren vorzugsweise gleichartigen Betonschüssen auf dem Meeresboden zu einer senkrecht stehenden Rohrtour,

b) Einbauen einer Bohrgarnitur in die Rohrtour,

c) Abteufen eines Bohrlochs innerhalb der Rohrtour,

d) Nachführen der Rohrtour in das Bohrloch mit dem Bohrfortschritt unter Ausnutzung der Gewichtskraft der Rohrtour und

e) Aufstocken der Rohrtour mit weiteren Rohrschüssen und

f) Wiederholen der Schritte c) bis d) bis zum Erreichen einer vorgesehenen Endteufe der Rohrtour im Meeresuntergrund.

[0024] Erfindungsgemäß sind die Rohrschüsse des Gründungspfahls als verlorene Bohrlochverrohrung vorgesehen. Die Bohrung wird zumindest anfangs im Schutz der Bohrlochwandung stabilisierenden Verrohrung/Rohrtour niedergebracht. Die Rohrtour verbleibt nach Erreichen der vorgesehenen Endteufe im Bohrloch als eigentliche Tragkonstruktion im Meeresuntergrund. Diese Verrohrung bildet oberhalb des Meeresbodens eine baugleiche Fortsetzung, die mindestens bis kurz über die Wasseroberfläche oder auch deutlich darüber hinaus reichen kann. Die Rohrtour bzw. Verrohrung ist an deren führenden Ende, d. h. an ihrem Fuß mit einem Schneidschuh ausgerüstet und wird von dem innen tätigen Bohrwerkzeug, das die Gesteinsschicht des Meeresuntergrundes im Schutz der Verrohrung löst und über Fördereinrichtungen an die Meeresoberfläche transportiert so unterschnitten, dass die Rohrschüsse bzw. Rohrtour durch ihr Eigengewicht in das Bohrloch einsinkt. Während des Bohrens wird die Verrohrung jeweils um Rohrschüsse definierter Länge so aufgestockt, dass sich die Oberkante der Rohrtour stets ausreichend über dem Meeresspiegelniveau befindet und dadurch auf einer Einbauplattform, beispielsweise auf einem Hilfsschiff, eine sichere Bohrtätigkeit einschließlich des gezielten Bohrgutaustrags gewährleistet ist.

[0025] Die Rohrtour wird während des Bohr- und Fördervorgangs über Pumpen so mit Meerwasser gefüllt, dass sich der Wasserspiegel innerhalb der Rohrtour ausreichend über dem Meerwasserspiegel befindet. Dadurch wird gewährleistet, dass der hydrostatische Druck innerhalb der Rohrtour bzw. innerhalb des Bohrlochs so groß ist, das stets ein Überdruck gegen etwa angebohrte Grundwasserhorizonte im Meeresuntergrund besteht, so dass ein Zustrom von Grundwasser durch die Bohrlochwandung und eine Erodierung der Bohrlochwandung zuverlässig vermieden werden.

[0026] Bevorzugt werden die Rohrschüsse längskraftschüssig gegeneinander verspannt, vorzugsweise bereits beim Zusammenfügen zu einer Rohrtour. Alternativ ist es möglich, bei verhältnismäßig großen Durchmessern oder verhältnismäßig großen Materialquerschnitten eine sogenannte schlaffe Bewehrung anstelle einer längskraftschlüssigen Verspannung der Rohrschüsse vorzusehen.

[0027] Zweckmäßigerweise wird nach Fertigstellung des Bohrlochs wenigstens ein Teil der Rohrtour, vorzugsweise im Bereich des Fußes der Rohrtour, verfüllt.

[0028] Eine Verfüllung kann beispielsweise mit Bohrklein und/oder Ortbeton vorgesehen sein, wobei die Verfüllung keine hohen Festigkeitsanforderungen erfüllen muss und nicht notwendigerweise erforderlich ist. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass eine aufwendige Deponierung des ausgebohrten Bohrkleins nicht erforderlich ist.

[0029] Bei einer besonders bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass das Abteufen des Bohrlochs im Lufthebebohrverfahren erfolgt. Eine solche Bohrtechnik erfordert keinerlei das Bohrloch stabilisierende Verrohrung, im Gegensatz zu den bekannten Spülbohrverfahren wird keine in Bezug auf Dichte und Abdichtung des Bohrlochs optimierte Bohrspülung verwendet, vielmehr wird oberhalb des Bohrwerkzeugs Druckluft in das Förderrohr bzw. Bohrgestänge eingebracht, die das Bohrklein aufgrund der Dichtedifferenz zum umgebenden wasserführenden Bohrloch anhebt und austrägt. Ein solches Bohrverfahren eignet sich insbesondere zur Abteufung von großen Bohrlöchern ohne Verrohrung.

[0030] Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor dem Absetzen der Betonrohrschüsse eine rückbaubare Schutzverrohrung gesetzt wird, die beispielsweise auf den Meeresboden aufgesetzte Stahlrohrschüsse umfassen kann, welche einen größeren Durchmesser als die Betonrohre aufweisen und welche nicht notwendigerweise in den Meeresuntergrund eindringen müssen.

[0031] Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Betonrohrtour vor und während des Abteufens des Bohrlochs oberhalb des Meerwasserspiegels. Die einzelnen Betonrohrschüsse können gegeneinander abgedichtet sein, um das Aufbauen eines hinreichend hohen hydrostatischen Drucks innerhalb der Rohrtour zu gewährleisten. Unter Abdichten im Sinne der Erfindung ist lediglich zu verstehen, dass die einzelnen Rohrschüsse entsprechend passgenau ineinander gesetzt sind, so dass ein Leckwasserstrom an den Fügestellen so gering wie nötig gehalten wird. Die Rohrschüsse sind zweckmäßigerweise als Betonfertigteilringe ausgeführt und ohne Fugenvermörtelung und ohne Fugenverklebung aufeinander gesetzt.

[0032] Bei einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Einbau der Rohrschüsse bis zum Erreichen der vorgesehenen Endteufe der Rohrtour eine unverrohrte Verlängerung des Bohrlochs unterhalb des tiefsten Rohrschusses hergestellt wird.

[0033] Die Verlängerung des Bohrlochs kann zumindest abschnittsweise mit einem größeren Durchmesser als der verrohrte Bereich des Bohrlochs erstellt werden. Dieser unverrohrte Bereich des Bohrlochs kann dann mit Ortbeton und gegebenenfalls mit Armierungselementen vergossen werden.

[0034] Die Verspannung der Rohrschüsse erfolgt zweckmäßigerweise über Spannglieder in Form von Stahlseilen, die sich entweder innerhalb der Rohrtour oder innerhalb von in den Rohrschüssen sich in Längsrichtung erstreckenden Hülsen geführt sind. Die Spannglieder können abschnittsweise miteinander verbunden werden, beispielsweise über entsprechende Kopplungen oder über entsprechende Spannschlösser.

[0035] Das Absetzen der einzelnen Rohrschüsse zu einer Rohrtour auf dem Meeresboden kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Rohrschüsse zueinander über die Längsspannelemente geführt werden und an einer Absetzvorrichtung mittels Winden auf dem Meeresboden abgesetzt werden.

[0036] Die Rohrschüsse können beispielsweise mittels Führungsseilen, die außen gegen die Rohrschüsse bzw. gegen die Rohrtour anliegen, mittels Winden auf dem Meeresboden abgesetzt werden. Hierzu können beispielsweise insgesamt drei über den Umfang der Rohrtour vorgesehene Führungsseile Anwendung finden, die jeweils an dem untersten Rohrschuss angeschlagen sind bzw. diesen untergreifen.

[0037] Alternativ können mehrere bereits zu einer Rohrtour vormontierte Rohrschüsse auf dem Meeresboden abgesetzt werden.

[0038] Das Absetzen der Rohrtour und das Durchführen der Bohrarbeiten erfolgt zweckmäßigerweise von einer schwimmenden oder aufgeständerten Einbauplattform aus.

[0039] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

[0040] Es zeigen:

Figur 1:

eine erste schematische Darstellung eines Gründungspfahls gemäß der Erfindung als Monopile zur Aufnahme eines Turmbauwerks und eines Windkraftgenerators nach einer ersten Variante,

Figur 2:

eine Schnittansicht durch einen Rohrschuss nach der ersten Variante des Gründungspfahls,

Figur 3:

eine Draufsicht auf den in Figur 2 dargestellten Rohrschuss,

Figur 4:

eine Draufsicht auf einen Rohrschuss gemäß einer zweiten Variante des Gründungspfahls nach der Erfindung und

Figur 5:

eine schematische Darstellung, die den Einbau der Rohrschüsse innerhalb einer Schutzverrohrung zeigt.

[0041] Obwohl die Erfindung nachstehend anhand eines sogenannten Monopiles beschrieben wird, sei an dieser Stelle erwähnt, dass der erfindungsgemäße Gründungspfahl 1 sowie das Verfahren zur Erstellung des Gründungspfahls 1 zur Herstellung verschiedener Fundamenttypen für Offshore-Bauwerke jedweder Art geeignet sind. Beispielsweise wären zu nennen ein Jacket-Fundament, ein Tripod-Fundament oder ein Tripile-Fundament. Ebenso können auf diese Art und Weise Fundamente für Offshore-Bohrplattformen, Offshore-Förderplattformen oder Offshore-Versorgungsplattformen erstellt werden.

[0042] Der in Figur 1 dargestellte Gründungspfahl 1 umfasst eine Vielzahl von Rohrschüssen 2 aus Stahlbeton, die stirnseitig zu einer Rohrtour 3 zusammengefügt sind. Die Rohrschüsse können beispielsweise einen Durchmesser von 1 bis 10 m aufweisen. Die einzelnen Rohrschüsse 2 sind über Zugträger 4, beispielsweise in Form von Spanngliedern bzw. Stahlseilen längskraftschlüssig gegeneinander verspannt. Die einzelnen Rohrschüsse 2 sind mit einer Armierung versehen. Die Rohrschüsse 2 können auch jeweils aus Segmenten zusammengesetzt sein.

[0043] Die Fugen 5 zwischen den einzelnen Rohrschüssen 2 sind zweckmäßigerweise weder verklebt noch vermörtelt, sondern lediglich passgenau aufeinander gesetzt.

[0044] Nach einer ersten Variante des Gründungspfahls 1 gemäß der Erfindung erstrecken sich die Zugträger 4 innerhalb der Mantelfläche der Rohrschüsse 2, beispielsweise innerhalb eingegossener Hülsen.

[0045] Bei einer zweiten in Figur 4 dargestellten Variante des Gründungspfahls 1 sind die Zugträger 4 im Innenraum der Rohrschüsse 2 freispannend verlegt, wobei diese entweder über entsprechende Befestigungsmittel an der Innenwandung der Rohrschüsse 2 fixiert sein können oder aber beispielsweise bei einer oberhalb des Meeresbodens vorgesehenen hyperboloiden Kontur der Rohrtour 3 vollständig frei gegen die Innenwandung der Rohrschüsse 2 oder Innenwandung anliegen können.

[0046] Die Zugträger 4 wurden jeweils bei Einbau der Rohrschüsse 2 abschnittsweise verlängert und über nicht dargestellte Koppelungen oder Spannschlösser miteinander verbunden.

[0047] Die Herstellung des Gründungspfahls 1 gemäß der Erfindung wird folgendermaßen bewerkstelligt:

[0048] Von einem Installationsschiff aus wird zunächst eine Schutzverrohrung 6 aus Stahl gesetzt. Wie eingangs bereits erwähnt, ist die Schutzverrohrung optional, deren Erforderlichkeit ist von den Strömungsverhältnissen und den Beschaffenheiten des Meeresbodens abhängig. Die Schutzverrohrung 6 besteht aus mehreren Stahlrohrsegmenten, die auf dem Meeresboden 7 abgesetzt werden und die einen etwas größeren Durchmesser als eine niederzubringende Bohrung aufweisen. Die Schutzverrohrung 6, ebenso wie die anschießend zu setzende verlorene Verrohrung erstrecken sich deutlich oberhalb des Meeresspiegels 8.

[0049] Vorzugsweise erstreckt sich die Schutzverrohrung 6 etwa genauso weit oberhalb des Meeresspiegels 8 wie die Rohrtour 3, sodass sich kein hydrostatisches Ungleichgewicht zwischen dem Ringraum der Schutzverrohrung 6 und dem Inneren der Rohrtour 3 ergibt. Allenfalls kann die Rohrtour 3 sich zweiteilig oberhalb der Schutzverrohrung 6 erstrecken.

[0050] Innerhalb der Schutzverrohrung 6 werden mehrere Rohrschüsse 2 aus Stahlbeton zu einer Rohrtour 3 aufeinandergesetzt, diese Rohrtour 3 erstreckt sich deutlich oberhalb des Meeresspiegels 8 sowie geringfügig oberhalb der Schutzverrohrung 6, beispielsweise bis etwa 15 m oberhalb des Meeresspiegels 8. Die einzelnen Rohrschüsse 2 sind allesamt untereinander über die Zugträger 4 miteinander verbunden und im aufgestellten Zustand gegeneinander längskraftschlüssig verspannt. Der in Einbaulage unterste Rohrschuss 2 ist als Sonderkonstruktion mit einem nicht dargestellten Schneidschuh versehen.

[0051] Beim Aufbauen des ersten Abschnitts der Rohrtour 3 vom Meeresboden 7 bis oberhalb des Meeresspiegels 8 und oberhalb der Schutzverrohrung 6 können die einzelnen Rohrschüsse 2 beispielsweise mit außenliegenden Führungsseilen 11 gehalten und stabilisiert werden, so dass die im Endausbau auftretenden Vertikallasten aufgenommen und über die Befestigung der Stahlseile nach oben weitergeleitet werden können. Je nach Durchmesser der Rohrschüsse 2 können mehrere Führungsseile 11 oder Seilgruppen gleichmäßig über den Außenumfang der Rohrschüsse 2 verteilt werden. Diese können über radial angeordnete Umlenkrollen 12 und Winden auf der Montageplattform seitlich abgelenkt, fixiert und betätigt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei über Umlenkrollen 12 geführte Führungsseile 11 über den Außenumfang der Rohrtour 3 verteilt angeordnet. Die Führungsseile 11 untergreifen jeweils den untersten bzw. in Einbaulage führenden Rohrschuss 2 oder den daran angeordneten Schneidschuh. Ist die Rohrtour 3 vom Meeresboden 7 bis zur Montageplattform oberhalb des Meeresspiegels 8 vollständig abgelassen bzw. aufgebaut, kann eine Bohrgarnitur in die Rohrtour 3 eingebaut werden.

[0052] Die Figur 2 zeigt die Rohrtour 3 in bereits auf dem Meeresboden 7 abgesetzter Stellung. Das Ablassen der ersten Rohrschüsse 2 bis oberhalb des Meeresspiegels erfolgt vorzugsweise hängend. In dieser wird dann beispielsweise im Lufthebe-Bohrverfahren ein Bohrloch 9 abgeteuft. Das Abteufen der Bohrung erfolgt unter Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Überdrucks im Bohrloch 9, wodurch grundsätzlich auf andere Stabilisierungsmaßnahmen verzichtet werden kann. Je nach Konsistenz des Meeresbodens bzw. des Meeresuntergrunds ist jedoch beim anfänglichen Abteufen der Bohrung unter Umständen eine Konditionierung des Meeresuntergrundes oder ein Absaugen der oberen Schichten erforderlich.

[0053] Beim Niederbringen der Bohrung wird der zuunterst eingebaute Rohrschuss 2 unterschnitten, die Rohrtour 3 sinkt mit dem Bohrfortschritt in das Bohrloch 9 ein, nach und nach werden mit steigendem Bohrfortschritt weitere Rohrschüsse 2 auf die Rohrtour aufgestockt, die Zugträger 4 werden miteinander verbunden.

[0054] Auf diese Art und Weise wird die Rohrtour 3 als verlorene Bohrlochverrohrung bis zu einer vorgesehenen Teufe geführt, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.

[0055] Das Bohrloch wird unterhalb des zuunterst eingebauten Rohrschusses ohne Verrohrung weitergebohrt, endseitig aufgeweitet und mit Ortbeton verfüllt, so dass sich der in Figur 1 dargestellte Ortbetonfuß 10 ergibt, der ebenfalls mit einbetonierten Zugträgern 4 versehen ist.

[0056] Nach Fertigstellung des Gründungspfahls 1 kann die Schutzverrohrung 6 entfernt werden. Der Gründungspfahl 1 kann vollständig oder teilweise mit dem ausgebohrten Bohrklein verfüllt werden, gegebenenfalls kann dieses mit Zement verfestigt werden.

[0057] Auf dem Gründungspfahl kann nun ein Bauwerk errichtet werden. Das Bauwerk kann beispielsweise als Monopile mit Rohrschüssen 2 gleicher Bauart wie die unter Wasser befindlichen.

[0058] Mit 13 ist in Figur 1 die Verdickung des Ortbetonfußes bezeichnet.

Bezugszeichen:

[0059] 

1

Gründungspfahl

2

Rohrschüsse

3

Rohrtour

4

Zugträger

5

Fugen

6

Schutzverrohrung

7

Meeresboden

8

Meeresspiegel

9

Bohrloch

10

Ortbetonfuß

11

Führungsseile

12

Umlenkrollen

Ansprüche

1. Gründungspfahl (1) für Offshore-Bauwerke, der modular aus einzelnen Rohrschüssen (2) zusammengesetzt ist, von denen wenigstens ein Rohrschuss (2) als verlorene Bohrlochverrohrung im Meeresuntergrund verankert ist, wobei die Rohrschüsse (2) als Betonrohre ausgebildet sind, die längskraftschlüssig über Spannelemente miteinander verbunden sind.

2. Gründungspfahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bohrloch (9) zuunterst angeordnete Rohrschuss (2) mit einem umlaufenden Schneidschuh versehen ist.

3. Gründungspfahl nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gründungspfahl (1) aus dem Meeresuntergrund wenigstens bis zur Wasserlinie erstreckt und wenigstens über diese Länge aus etwa baugleichen Rohrschüssen (2) zusammengesetzt ist.

4. Gründungspfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens teilweise innerhalb des Bohrlochs (9) verfüllt ist.

5. Gründungspfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen sich im Meeresuntergrund unterhalb des Schneidschuhs in einem Bohrlochfortsatz erstreckenden Ortbetonfuß (10).

6. Gründungspfahl nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ortbetonfuß (10) wenigstens bereichsweise einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des Schneidschuhs ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Gründungspfahls (1) für Offshore-Bauwerke, folgende Verfahrensschritte umfassend:

a) Absetzen von mehreren Rohrschüssen (2) vorzugsweise in Form von Betonrohren auf dem Meeresboden (7) zu einer senkrecht stehenden Rohrtour (3),

b) Einbauen einer Bohrgarnitur in die Rohrtour (3),

c) Abteufen eines Bohrlochs (9) innerhalb der Rohrtour (3),

d) Nachführen der Rohrtour (3) in das Bohrloch (9) mit dem Bohrfortschritt unter Ausnutzung der Gewichtskraft der Rohrtour (3) und

e) Aufstocken der Rohrtour (3) mit weiteren Rohrschüssen und

f) wiederholen der Schritte c) bis g) bis zum Erreichen einer vorgesehenen Endteufe der Rohrtour (3) im Meeresuntergrund (7).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschüsse (2) längskraftschlüssig gegeneinander verspannt werden, vorzugsweise bereits beim Zusammenfügen oder unmittelbar nach dem Zusammenfügen zu einer Rohrtour (3).

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fertigstellung des Bohrlochs (9) wenigstens ein Teil der Rohrtour (3) verfüllt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verfüllung mit Bohrklein und/oder Ortbeton vorgesehen ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abteufen des Bohrlochs unter Aufrechterhaltung eines hydrostatischen Überdrucks im Bohrloch (9) erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abteufen des Bohrlochs (9) im Lufthebe-Bohrverfahren erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Absetzen der Rohrschüsse (2) eine rückbaubare Schutzverrohrung (6) gesetzt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rohrtour (3) vor und während des Abteufens des Bohrlochs (9) oberhalb des Meeresspiegels (8) erstreckt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbauen der Rohrschüsse (2) bis zum Erreichen der vorgesehenen Endteufe der Rohrtour (3) eine unverrohrte Verlängerung des Bohrlochs unterhalb des tiefsten Rohrschusses hergestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung des Bohrlochs (9) zumindest abschnittsweise mit einem größeren Durchmesser als der verrohrte Bereich des Bohrlochs (9) hergestellt wird.

Zeichnung